ES2290330T3

ES2290330T3 - Motor electrico rotativo que tiene polos de estator y/o polos de rotar alineados axialmente.

Info

Publication number: ES2290330T3
Application number: ES02763688T
Authority: ES
Inventors: Boris A. Maslov; Zareh S. Soghomonian
Original assignee: Matra Manufacturing and Services SAS
Current assignee: Matra Manufacturing and Services SAS
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2008-02-16
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: DE60221351D1; DE60221351T2; US6617746B1; CA2459126A1; ATE368320T1; CN1561569A; JP2005506023A; KR100850813B1; CA2459126C; WO2003030333A2; BR0213035A; EP1354390A2; KR20040048922A; MXPA04002946A; EP1354390B1; WO2003030333A3

Abstract

Un motor (10) eléctrico rotativo, que comprende: un rotor (20) que comprende una pluralidad de elementos de imán permanente (22a, 22b) dispuestos en una configuración de anillo anular respecto a un eje de rotación, alternando en polaridad magnética sucesivamente los elementos (22a, 22b) de imán permanente a lo largo de una superficie anular interior, en el que cada uno de los elementos (22a, 22b) de imán permanente de rotor es una unidad axial individual que comprende una pareja de polos (22a) de imán permanente alineados entre si en una dirección paralela al eje de rotación, teniendo los polos polaridades magnéticas opuestas entre si, y presentando cada imán permanente de polos una polaridad magnética en la superficie anular interior y una polaridad magnética opuesta en una superficie de polo anular exterior, por lo que el flujo magnético está dirigido en una dirección radial; y un estator (30) separado del rotor (20) por un entrehierro radial, incluyendo el estator (30) una pluralidad desegmentos (32) de núcleo ferromagnético, estando separado cada uno de los segmentos (32) de núcleo del contacto directo con los otros, en el que cada segmento (32) de núcleo comprende una porción (36) de conexión y dos polos (35) que se extienden desde la citada porción (36) de conexión hacia el citado entrehierro radial y un material eléctrico conductor devanado en una porción del citado segmento (32) de núcleo de estator para formar un devanado (34) de estator, de manera que la inversión de una corriente aplicada a los devanados (34) producirá una inversión de la polaridad magnética de los polos (35) del estator, estando dispuesto cada uno de los segmentos (32) de núcleo a lo largo del entrehierro radial y comprendiendo una pareja de polos alineados uno con el otro en una dirección paralela al eje de rotación, comprendiendo el estator de esta manera un primer conjunto de polos de estator en alineación radial con un primer conjunto de polos (22a) de imán permanente y un segundo conjunto depolos de estator desplazado axialmente en alineación radial con un segundo conjunto de polos (22b) de imán permanente; que se caracteriza porque los polos (35) de estator tienen una configuración estrechada progresivamente en la cual el área de sección transversal de los polos de estator se incrementa en la dirección radial lo que produce una superficie (37) de cara de polo con un área de sección transversal mayor.

Description

Motor eléctrico rotativo que tiene polos de estator y/o polos de rotar alineados axialmente.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a motores eléctricos rotativos, más en particular a motores que tienen una pluralidad de elementos de rotor y de elementos de estator que comprenden una pluralidad de polos que están alineados en una dirección paralela al eje de rotación del motor.

Antecedentes

La mejora progresiva de los sistemas electrónicos, tales como aplicaciones basadas en microcontroladores y en microprocesadores para el control de motores, así como la disponibilidad de fuentes de alimentación portátiles mejoradas, ha hecho que el desarrollo de accionamientos de motores eléctricos eficientes para vehículos, como alternativa viable a los motores de combustión, sea un reto apremiante. La energización pulsada controlada electrónicamente de devanados de motores ofrece la posibilidad de una gestión más flexible de las características de los motores. Por medio del control de la anchura del impulso, ciclo de trabajo y aplicación conmutada de una fuente de baterías a un devanado de estator apropiado, se puede conseguir la versatilidad funcional que es indistinguible virtualmente de la operación de los motores síncronos de corriente alterna. La utilización de imanes permanentes en conjunto con tales devanados es ventajosa para limitar el consumo de corriente.

La solicitud de patente norteamericana relacionada en tramitación junto con la presente que se ha identificado más arriba, de Maslov et al., número de serie 09/826.423, identifica y se refiere a la necesidad de un motor mejorado orientado a una fabricación simplificada y capaz de poseer características de funcionamiento eficientes y flexibles. En el ámbito del accionamiento de un vehículo, es altamente deseable obtener una operación suave en un rango amplio de velocidades, al mismo tiempo que se mantiene una capacidad elevada de salida de par motor con un mínimo consumo de energía. Un accionamiento de motor de vehículo de este tipo debería proporcionar ventajosamente una fácil accesibilidad a los distintos componentes estructurales para el reemplazo de componentes con un mínimo de inconveniencia. La solicitud de patente norteamericana relacionada en tramitación junto con la presente incorpora polos de electroimanes como estructuras aisladas permeables magnéticamente, configuradas en un anillo anular, relativamente delgado en la dirección radial, para proporcionar efectos ventajosos. Con esa disposición, el flujo se puede concentrar virtualmente sin pérdida o interferencias del transformador nocivas que afecten a los núcleos de electroimanes, en comparación con las realizaciones de la técnica anterior. Aunque con la estructura de la solicitud de patente identificada en tramitación junto con la presente se consiguen mejoras en las características del par motor y de eficiencia, son deseables mejoras adicionales.

Con esta finalidad, la solicitud de patente norteamericana relacionada en tramitación junto con la presente que se ha identificado más arriba de Maslov et al., número de serie 09/826.423 busca optimizar los parámetros del rotor tales como el grado de imán, la densidad de energía y las características magnéticas completas del grado de imán, el tamaño y las dimensiones del imán que puede ajustar la permeabilidad de trabajo efectiva y las condiciones de operación completas del imán cuando es parte del rotor, la estabilidad de temperatura del imán, los pasos de acabado, recubrimiento y de postproceso que se ejecutan en la fabricación de los imanes para la aplicación pretendida, la estabilidad de la magnetización en toda la superficie curvilínea del imán, la uniformidad en la polarización radial del imán, el entrehierro adyacente entre dos imanes separados, las características mecánicas de los bordes de los imanes y el trayecto de flujo de retorno del imán que es proporcionado por una sección de anillo de contrahierro.

Las solicitudes de Maslov et al., reconocen que el aislamiento de los grupos de electroimanes permite concentraciones individuales de flujo en los núcleos magnéticos de los grupos, virtualmente sin que se produzcan virtualmente ninguna pérdida de flujo o efectos de interferencias del transformador nocivos con otros miembros de electroimanes. Ventajas operativas se pueden conseguir configurando una única pareja de polos como un grupo de electroimanes aislado. El aislamiento del trayecto magnético de la pareja única de polos de los otros grupos de polos elimina un efecto de transformador de flujo en un grupo adyacente cuando se conmuta la energización de los devanados de las parejas de polos. La falta de polos adicionales dentro del grupo elimina y evita tales efectos dentro de un grupo.

Aunque se han derivado ventajas y avances significativos de los esfuerzos que se han descrito más arriba, se ha encontrado que los beneficios potenciales que se pueden obtener por la utilización de tres aspectos dimensionales de la estructura del motor no se han alcanzado completamente. En los motores de las solicitudes en tramitación junto con la presente, todos los polos del estator y del rotor están situados circunferencialmente alrededor del eje rotacional y son coextensivos en la dirección axial. Para un diámetro determinado de entrehierro, el número total de polos, dos veces el número de parejas de polos, está limitado por las capacidades físicas prácticas. El área superficial activa óptima de los polos individuales que producen una interacción de flujo entre el rotor y el estator se determina de esta manera, así como el número de polos que producen tales interacciones. Una configuración estructural en la cual la distribución de flujo está más altamente concentrada, y al mismo tiempo que proporciona un número superior de polos con las mismas áreas superficiales individuales activas del entrehierro y/o mayor área superficial activa total del entrehierro para un motor con el mismo diámetro de entrehierro sería altamente deseable que obtuviese incluso una eficiencia mayor.

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El documento EP 0 790 695 muestra una máquina dinamo eléctrica de reluctancia variable, tal como un motor o un generador, compuesta por un mecanismos de estator y un mecanismo amovible que se mueven en relación uno con el otro de acuerdo con una dirección de movimientos, comprendiendo el primero de estos mecanismos al menos un primer circuito magnético que incluye al menos un grupo de arcos que están dispuestos en un plano transversal a la dirección de los movimientos, siguiendo uno al otro en la dirección de los movimientos y teniendo cada uno de ellos brazos que finalizan en dos polos sobresalientes de paso constante excitados por carretes, comprendiendo el segundo de los mecanismos un segundo circuito magnético que incluye polos segundos con paso constante definidos con los primeros polos de las dos filas de entrehierros.

Además, el documento US 5.258.697 describe un motor eléctrico del tipo que incluye un motor con imanes permanentes y el estator con electroimanes, que funciona con una alta eficiencia para producir una elevada relación de producción de energía mecánica respecto a la entrada de energía eléctrica. Durante la rotación del motor en una primera dirección, un primer imán se separa de una posición de alineación con un núcleo de un último electroimán, mientras que un segundo imán permanente se mueve hacia una posición de alineación con un núcleo del siguiente electroimán, que se está acercando.

Exposición de la invención

La presente invención, además de las necesidades que se han descrito más arriba de la técnica anterior, proporciona ventajas adicionales para configuraciones tales como las disposiciones de parejas de polos individuales aisladas que se muestran en las solicitudes de Maslov et al., que se han identificado más arriba.

Ventajas de la presente invención son conseguidas, al menos en parte, extendiendo la interacción de la distribución de flujo radial entre los polos del estator y del rotor a lo largo de la dirección axial del motor.

Ventajas adicionales de la presente invención se pueden conseguir con el uso de materiales por medio del cual un medio blando permeable magnéticamente se puede someter a la formación de una variedad de formas en particular. Por ejemplo, el material del núcleo se puede fabricar de grados de imanes blandos de material pulverulento de Fe, SiFe, SiFeCo, SiFeP, cada uno de los cuales tiene unas pérdidas de potencia, permeabilidad y nivel de saturación únicas. Las geometrías del núcleo y las dimensiones del núcleo de los elementos del estator, con tolerancias relevantes, se pueden formar sin la necesidad de formar laminaciones y de esta manera optimizar el desarrollo del gradiente de potencial magnético entre los polos acoplados de los imanes permanentes del rotor y de los electroimanes del estator.

Las ventajas que se han mencionado más arriba se manifiestan en características estructurales de la invención, al menos en parte, en las que el motor comprende un rotor y un estator, estando dispuesto cada uno de estos con una configuración de anillo angular y separados uno del otro por un entrehierro anular. El estator comprende una pluralidad de segmentos de núcleo permeables magnéticamente con bobinas devanadas a su alrededor, estando separados los elementos de núcleo del contacto directo entre sí y dispuestos a lo largo del entrehierro radial. Cada segmento de estator comprende una pareja de polos alineados unos con los otros en una dirección paralela al eje de rotación. De esta manera, el estator tiene dos conjuntos de polos desplazados axialmente, estando los polos de cada conjunto en alineación axial. De esta manera, cada pareja de polos de segmento de núcleo comprende un polo de uno de los conjuntos conectado estructuralmente con un polo correspondiente del otro conjunto. En la disposición, el número total de parejas de polos es igual en número al número de polos en un conjunto. Los polos de cada segmento de núcleo de estator están unidos por una porción de conexión. El devanado del estator se puede formar sobre la porción de conexión, con lo cual la aplicación de corriente al devanado produce polaridades magnéticas opuestas en las parejas de polos. Alternativamente, el devanado puede comprender dos conjuntos de bobinas devanadas respectivamente en direcciones opuestas entre si sobre polos correspondientes de la pareja de polos del estator y pueden estar conectadas en serie o en paralelo, con lo cual la aplicación de corriente a los conjuntos de bobinas conectadas produce la magnetización de los polos del estator de los segmentos de núcleo del estator en una polaridad magnética opuesta. En ambas alternativas, una inversión de la corriente aplicada al devanado producirá la inversión de la polaridad magnética de los polos del estator.

El rotor preferiblemente comprende una pluralidad de elementos de imanes permanentes alternándose sucesivamente en polaridad magnética a lo largo de su superficie anular interior. Cada elemento de rotor comprende una pareja de polos alineados entre si en el entrehierro en una dirección paralela al eje de rotación, teniendo los polos polaridades magnéticas opuestas. De esta manera, el rotor también tiene dos conjuntos de polos desplazados axialmente, estando los polos de cada conjunto en alineación axial. Los conjuntos de polos de rotor preferiblemente son coextensivos axialmente y en alineación axial, con los conjuntos de polos de estator correspondientes.

Otra ventaja de la presente invención se puede atribuir a la estructura del rotor que está configurada para mejorar la dirección del flujo magnético en la dirección radial a través del entrehierro. Por ejemplo, cada polo del rotor puede estar magnetizado para que presente una polaridad magnética en el entrehierro en su superficie de polo interior y una polaridad magnética opuesta en su superficie de polo exterior para concentrar el flujo magnético en la dirección radial. Los elementos de rotor pueden ser contiguos entre si y estar montados sobre una contraplaca anular ferromagnética. Preferiblemente, los elementos de rotor no están en contacto directo entre si para mejorar de esta manera el aislamiento de los trayectos magnéticos. Alternativamente, cada elemento magnético del rotor puede comprender, además, una sección permeable magnéticamente que se extiende a lo largo de la dirección axial como una contraplaca magnética, estando montado cada polo del elemento de rotor en un extremo axial respectivo de la contraplaca. En esta disposición, una porción separada de contraplaca está provista para cada elemento de rotor, en lugar de una contraplaca anular magnética continua, con lo cual evita la pérdida de la distribución de flujo. En cualquier realización, se proporciona una contraplaca anular no ferromagnética para que rodee los elementos de rotor.

En todavía otra realización preferida, cada elemento magnético permanente del rotor comprende una porción de imán adicional entre las porciones de polo del elemento, dirigiendo la porción magnética adicional el flujo entre las porciones de polos del elemento en la dirección axial, mejorando de esta manera adicionalmente el patrón activo de distribución de flujo.

Ventajas adicionales de la presente invención serán fácilmente evidentes a aquellos expertos en esta técnica a partir de la descripción detallada que sigue, en la que solamente se muestra la realización preferente de la invención y se describe, simplemente a título de ilustración de la manera mejor contemplada para realizar la invención. Como se podrá apreciar, la invención puede tener otras realizaciones diferentes, y sus distintos detalles pueden ser modificados en varios aspectos obvios, todo ello sin separarse del alcance de la invención. Como consecuencia, los dibujos y la descripción se deben considerar como ilustrativos en naturaleza, y no restrictivos.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se ilustra por medio del ejemplo, y no a título de limitación, en las figuras de los dibujos que se acompañan y en las cuales los números de referencia se refieren a elementos similares, y en las cuales:

La figura 1 es un diagrama en perspectiva parcial en tres dimensiones de un motor de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una vista en perspectiva de un segmento de núcleo de estator del motor de la figura 1, en la que las bobinas están devanadas alrededor de una porción de conexión que conecta los polos segmentados.

La figura 3 es una vista en perspectiva del segmento de núcleo de estator de la presente invención, en la que las bobinas están devanadas alrededor de los polos de estator.

La figura 4a es una vista en perspectiva de un aspecto útil para entender la presente invención.

La figura 4b es una vista en perspectiva de un rotor de la presente invención, en la cual las parejas de polos axialmente alineadas están separadas estructuralmente.

La figura 5a es una vista en perspectiva de un aspecto útil para entender la presente invención.

La figura 5b es una vista en perspectiva de un rotor de la presente invención, en la que imanes permanentes magnetizados axialmente están situados entre las parejas de polos de rotor alineadas axialmente.

Las figuras 6a-6d son diagramas que ilustran distintos patrones de distribución de flujo para variaciones respectivas de las unidades de imanes de rotor axial.

Descripción detallada de la invención

El motor de la presente invención es adecuado para su utilización en el accionamiento de una rueda de vehículo de un automóvil, motocicleta, bicicleta o similar. De esta manera, las ilustraciones de los dibujos muestran la estructura del motor que puede ser alojada en el interior de la rueda de un vehículo, estando montado rígidamente el estator a un árbol estacionario y rodeado por un rotor para accionar la rueda. Sin embargo, se debe apreciar que el contexto del vehículo es meramente ejemplar de una multitud de aplicaciones particulares en las cuales se puede utilizar el motor de la presente invención.

Como se muestra en el dibujo recortado de la figura 1, el motor 10 comprende un rotor 20 de imán permanente anular y una estructura 30 de estator anular separadas por un entrehierro radial. El estator comprende una pluralidad de elementos aislados ferromagnéticamente. Los segmentos 32 de núcleo, fabricados de un material permeable magnéticamente y aislados del contacto directo entre si, tienen unos devanados respectivos 34 formados sobre los mismos. El rotor comprende una pluralidad de imanes permanentes 22 distribuidos circunferencialmente alrededor del entrehierro y fijados a una contraplaca anular 24 no magnética que puede estar fabricada de aluminio o de otro material que no sea permeable magnéticamente. Las distribuciones de flujo producidas por los imanes del rotor se pueden mejorar adicionalmente por la provisión de un elemento permeable magnéticamente montado en la parte trasera de los imanes del rotor. Aunque no se muestra en la realización de la figura 1, se ilustra una contraplaca anular ferromagnética adicional para los imanes del rotor en otras figuras.

Dentro de la estructura anular cilíndrica del rotor, los segmentos de núcleo de estator están asegurados rígidamente por dos placas 42, de las cuales solamente se muestra una en el dibujo. Cada placa es de configuración circular rígida y tiene un diámetro exterior y una porción recortada circular en su centro que forma un diámetro interior. El diámetro interior está dimensionado para ajustarse a un árbol estacionario 44 y para fijarse a un miembro 46 integral con el árbol. A lo largo de la periferia de la placa, la placa está provista de orificios, no mostrados, separados apropiadamente para que se correspondan con orificios pasantes correspondientes 48 en los segmentos del núcleo del estator. Cada una de las placas está asegurada al árbol y separadas unas de otras apropiadamente para asegurarse a, y emparedar, los segmentos del núcleo del estator en cada lado axial del mismo por medio de los orificios correspondientes. De esta manera, se forma un anillo anular de segmentos de núcleo de estator que están alineados coextensivamente en la dirección axial a través del entrehierro desde el rotor.

El árbol estacionario, placas y estructura del estator están contenidos en el interior de un alojamiento 50, al cual se unen la contraplaca anular del rotor y los imanes permanentes. El alojamiento está montado a rotación en el árbol en el lado exterior de las placas por medio de los casquillos y rodamientos apropiados. Se debe entender que se puede utilizar cualquier medio apropiado bien conocido en la técnica para montar los distintos elementos. En el ejemplo del vehículo, el alojamiento puede formar porciones de una rueda de vehículo que gira con el rotor alrededor del árbol. La configuración específica de las placas se ha descrito más arriba solamente a título de ejemplo, puesto que cualquier medio para asegurar los elementos del estator al árbol mientras forma una disposición anular sería apropiado.

Un segmento de núcleo del estator se muestra con más detalle en la figura 2. El segmento del núcleo es una estructura magnética unitaria que comprende dos polos 35 unidos en la dirección axial por una porción 36 de conexión, alrededor de la cual se devanan las bobinas 34 del estator. Los polos tienen configuraciones estrechadas progresivamente en las cuales el área de sección transversal se incrementa en la dirección radial hacia el entrehierro, culminando en unas superficies 37 de cara de polo agrandadas. Esta configuración optimiza la concentración de flujo en el núcleo de manera que el flujo máximo se puede dirigir a través del entrehierro. La geometría de núcleo ilustrada, así como variaciones de la misma, se puede formar usando tecnología de polvo metálico de grados magnéticos suaves, por ejemplo material pulverulento de Fe, SiFe, SiFeCo o SiFeP. La tecnología de metal pulverulento proporciona una flexibilidad de diseño de construcción que no es aleanzahle en formaciones convencionales de laminaciones metálicas apiladas. La minimización de las pérdidas por corrientes parásitas, convencionalmente solucionada por el uso de núcleos laminados, se obtiene por la selección de la composición de material metálico en polvo apropiada de acuerdo con la alta resistividad eléctrica conocida de los materiales metálicos en polvo.

La energización del devanado 34 del estator produce la magnetización de la sección 32 del núcleo con polaridad magnética opuesta en las caras 37 de los polos. La inversión de la dirección de la corriente, de una manera conocida, efectúa la inversión de las polaridades magnéticas. La alineación de cada pareja de polos en la dirección axial en lugar de circunferencialmente alrededor del entrehierro en las disposiciones anteriores proporciona el doble del número de polos del estator, teniendo cada uno de ellos la misma área superficial debido a que la extensión axial del núcleo del estator es mayor en la presente invención. De esta manera, el estator completo contiene dos conjuntos de polos coexten-
sivos axialmente que están desplazados axialmente entre si por las porciones de conexión de los elementos del núcleo.

La figura 3 ilustra una variación del segmento del núcleo del estator mostrado en la figura 2. El segmento 32 del núcleo comprende secciones de polos en forma de bobinas, estando devanada cada una de ellas con las bobinas 34. Las secciones de polos tienen superficies 37 de cara de polo agrandadas en los entrehierros y están unidas en los extremos opuestos al entrehierro por una porción 36 de conexión relativamente plana. Las secciones de polos, caras de polos y porciones de conexión son de construcción unitaria, formadas preferiblemente de material metálico en polvo. Cada polo de la pareja de polos está devanado en oposición para proporcionar polaridades magnéticas opuestas en las caras 37 de los polos. Las dos porciones de devanado pueden estar conectadas en serie o paralelo, dependiendo de las características de funcionamiento deseadas. Las porciones de devanado están conectadas apropiadamente eléctricamente de manera que la aplicación de la corriente de energización al devanado produce la polaridad de magnetización opuesta en los polos del segmento del núcleo. La inversión de la corriente invertirá las polaridades magnéticas de una manera conocida.

El rotor 20 se ilustra con más detalle en las figuras 4a y 4b. La figura 4a ilustra una contraplaca anular 25
magnética continua sobre la cual se montan los imanes permanentes individuales. Los imanes forman un primer anillo de imanes 22a axialmente coextensivos y un segundo anillo de imanes 22b axialmente coextensivos. Cada imán tiene una orientación de magnetización norte - sur en la dirección radial, siendo opuesta la polaridad en la superficie orientada al entrehierro a la polaridad de la superficie en contacto con la contraplaca 25. Los imanes de cada anillo se alternan sucesivamente en polaridad magnética. Los imanes 22a son coextensivos con los imanes 22b en la dirección circunferencial, siendo los imanes laterales de polaridad opuesta. La separación entre el anillo de imanes 22a y el anillo de imanes 22b está relacionada, aunque no es igual necesariamente, a la separación entre las superficies de la pareja de polos del estator. La separación entre imanes dentro de cada uno de los anillos es uniforme y está relacionada con la separación entre las superficies de los polos de los elementos de núcleo de estator adyacentes. Los imanes individuales son de área superficial uniforme, que puede estar relacionada con el área de la superficie de los polos del estator. De esta manera, cada pareja axialmente adyacente de imanes 22a y 22b se puede considerar como una pareja de polos de imanes permanentes de rotor que interactúan con una pareja de polos del elemento de núcleo del estator para efectuar la rotación del motor. La interacción producirá un incremento significativo en la densidad del flujo efectivo en el entrehierro al mismo tiempo que impide la saturación de flujo en el contrahierro.

En la disposición que se ilustra en la figura 4b, la contraplaca 25 anular magnética está segmentada en bandas 27. Unida a cada banda hay una pareja de imanes permanentes alineados axialmente. La separación entre las bandas proporciona una distribución de flujo magnético mejorada para las parejas de imanes permanentes individuales respectivos. Las pérdidas directas de flujo perdido y la interferencia, o cruce, entre unidades vecinas se minimizan debido a que cada unidad magnética axial está desunida estructuralmente.

Las figuras 5a y 5b ilustran variaciones del rotor. En la disposición de rotor de la figura 5a, los imanes permanentes 26 magnetizados axialmente están situados entre la pareja de imanes 22a y 22b del rotor alineados axialmente. La orientación de magnetización norte - sur de los imanes 22a y 22b es en la dirección radial. Esta estructura difiere del rotor de la figura 4a porque cada uno de los imán 22a y 22b está en contacto con un extremo del imán 26 para formar una unidad axial de rotor individual, mientras que los imanes 22a y 22b de la figura 4a están separados uno del otro. El imán 26 está magnetizado en la dirección axial para ayudar a la concentración de flujo entre los imanes 22a y 22b. Como en la figura 4a, la contraplaca anular magnética 25 es continua. En la disposición de rotor de la figura 5b, la contraplaca anular magnética 25 está segmentada. Cada banda 27 de contraplaca, sobre la cual se monta una unidad axial de rotor, está separada de la banda adyacente para mejorar la distribución de flujo.

En las figuras 6a-6d se ilustran varios patrones de distribución de flujo. Las distribuciones de flujo de las figuras 6a y 6b se corresponden a disposiciones de rotor en las que los imanes permanentes están en contacto directo con una contraplaca 24 no ferromagnética (no mostrada). La figura 6a muestra un patrón de distribución de flujo para imanes permanentes separados individualmente de polaridad magnética opuesta montados directamente en la contraplaca no ferromagnética. La figura 6b muestra un patrón de distribución de flujo de una unidad axial de tres imanes, en la que un imán magnetizado axialmente está emparedado entre imanes de polaridad magnética opuesta que tienen una orientación magnética radial. La figura 6c muestra un patrón de distribución de flujo para configuraciones de rotor en las cuales imanes permanentes individuales de polaridad opuesta están separados unos de los otros y montados sobre porciones de contrahierro magnético, tal como las disposiciones de las figuras 4a y 4b. La figura 6d muestra un patrón de distribución de flujo para configuraciones de rotor en las cuales tres unidades axiales de imán están montadas sobre porciones de contrahierro, tal como las disposiciones de las figuras 5a y 5b. Como es evidente en estos diagramas, el patrón para las tras disposiciones de imanes es una mejora con respecto a la disposición de dos imanes separados, y los patrones de ambos de estas disposiciones se mejoran con la adición de elementos de contrahierro magnético.

En esta exposición se muestran y describen solamente realizaciones preferentes de la invención y solamente unos pocos ejemplos de su versatilidad. Se debe entender que la invención puede utilizarse en varias otras combinaciones y ambientes y se puede realizar cambios o modificaciones que se encuentran en el alcance de esta invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, como se puede apreciar, el motor de la invención se puede utilizar en un amplio rango de aplicaciones además de los accionamientos de vehículos. Es preferente, en la implantación de un accionamiento de vehículo, que el rotor rodee al estator.

Aunque se han ilustrado configuraciones geométricas específicas de los elementos de núcleo de estator, se debe reconocer que el concepto de la invención en la presente memoria descriptiva incluye una multitud de variaciones de estas configuraciones, puesto que virtualmente se puede conformar cualquier forma utilizando la tecnología del metal en polvo. De esta manera, una configuración de núcleo específica se puede realizar a medida de la distribución de flujo deseada.

Además, las distintas áreas superficiales de polos y las relaciones de separación entre las superficies de polos de estator y rotor están sometidas a variaciones que dependen de la funcionalidad operativa deseada. Por ejemplo, la separación entre elementos y áreas superficiales de elementos no tiene que ser uniforme. En las distintas realizaciones descritas más arriba, varios imanes de rotor se pueden estar separado entre más que lo indicado, o de manera consecuente, formados estando en contacto unos con los otros. En la disposición de la unidad axial de tres imanes de las figuras 5a y 5b, la unidad magnética puede estar fabricada de un único bloque magnético integral, con patrones magnéticos apropiados incrustados.

Claims

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1. Un motor (10) eléctrico rotativo, que comprende:

un rotor (20) que comprende una pluralidad de elementos de imán permanente (22a, 22b) dispuestos en una configuración de anillo anular respecto a un eje de rotación, alternando en polaridad magnética sucesivamente los elementos (22a, 22b) de imán permanente a lo largo de una superficie anular interior, en el que cada uno de los elementos (22a, 22b) de imán permanente de rotor es una unidad axial individual que comprende una pareja de polos (22a) de imán permanente alineados entre si en una dirección paralela al eje de rotación, teniendo los polos polaridades magnéticas opuestas entre si, y presentando cada imán permanente de polos una polaridad magnética en la superficie anular interior y una polaridad magnética opuesta en una superficie de polo anular exterior, por lo que el flujo magnético está dirigido en una dirección radial; y

un estator (30) separado del rotor (20) por un entrehierro radial, incluyendo el estator (30) una pluralidad de segmentos (32) de núcleo ferromagnético, estando separado cada uno de los segmentos (32) de núcleo del contacto directo con los otros, en el que cada segmento (32) de núcleo comprende una porción (36) de conexión y dos polos (35) que se extienden desde la citada porción (36) de conexión hacia el citado entrehierro radial y un material eléctrico conductor devanado en una porción del citado segmento (32) de núcleo de estator para formar un devanado (34) de estator, de manera que la inversión de una corriente aplicada a los devanados (34) producirá una inversión de la polaridad magnética de los polos (35) del estator, estando dispuesto cada uno de los segmentos (32) de núcleo a lo largo del entrehierro radial y comprendiendo una pareja de polos alineados uno con el otro en una dirección paralela al eje de rotación, comprendiendo el estator de esta manera un primer conjunto de polos de estator en alineación radial con un primer conjunto de polos (22a) de imán permanente y un segundo conjunto de polos de estator desplazado axialmente en alineación radial con un segundo conjunto de polos (22b) de imán permanente; que se caracteriza porque los polos (35) de estator tienen una configuración estrechada progresivamente en la cual el área de sección transversal de los polos de estator se incrementa en la dirección radial lo que produce una superficie (37) de cara de polo con un área de sección transversal mayor.
2. Un motor (10) eléctrico rotativo como se ha reivindicado en la reivindicación 1, en el que el material conductor está devanado sobre la porción (36) de conexión para formar un devanado (34) de estator, con lo que la inversión de la dirección del flujo de corriente eléctrica a través del devanado (34) efectúa la inversión de las polaridades magnéticas de los polos (35).
3. Un motor eléctrico rotativo como se ha reivindicado en la reivindicación 1, en el que el devanado en cada segmento de núcleo del estator comprende dos conjuntos de bobinas (34) y el material conductor está devanado alrededor de un polo (35) para formar devanados (34), con lo que la aplicación de corriente eléctrica a los devanados (34) efectúa la magnetización de los polos (35) en la polaridad magnética opuesta.
4. Un motor (10) eléctrico rotativo como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada imán permanente (22a, 22b) del rotor presenta una polaridad magnética en el entrehierro en una superficie de polo radialmente interior y una polaridad magnética opuesta en una superficie del polo radialmente exterior, con lo que el flujo magnético está dirigido en una dirección radial.
5. Un motor eléctrico rotativo como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los imanes permanentes (22a, 22b) del rotor están separados entre si a lo largo de la circunferencia del citado anillo anular.
6. Un motor eléctrico rotativo como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los imanes permanentes (22a, 22b) del rotor comprenden, además, una sección permeable magnéticamente que se extiende en la dirección axial, montada en la superficie de polo radialmente exterior de cada polo del imán permanente (22a, 22b) del rotor, y los imanes permanentes (22a, 22b) del rotor están separados entre sí a lo largo de la anchura del anillo anular.
7. Un motor eléctrico rotativo como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los imanes permanentes (22a, 22b) del rotor están separados entre si.
8. Un motor (10) eléctrico rotativo como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los imanes permanentes (22a, 22b) del rotor están asegurados a una contraplaca anular ferromagnética (25) concéntrica con el eje de rotación.
9. Un motor (10) eléctrico rotativo como se ha reivindicado en la reivindicación 8, en el que la contraplaca anular (25) está segmentada en bandas circunferenciales (27) que se corresponden a la longitud circunferencial de los imanes permanentes (22a, 22b) del rotor segmentado.
10. El motor eléctrico rotativo como se ha reivindicado en la reivindicación 9, en el que cada unidad axial individual del rotor (20) comprende, además, una sección (27) permeable magnéticamente segmentada que se extiende en la dirección axial, montada en la superficie radialmente exterior del polo de cada polo de la unidad, con lo cual se mejora la distribución de flujo.
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11. El motor eléctrico rotativo como se ha reivindicado en la reivindicación 9, en el que cada unidad axial individual del rotor (20) comprende, además, un imán (26) situado entre la pareja de polos (22a, 22b) del imán permanente del rotor y en el que el citado imán (26) tiene una orientación de la polaridad magnética en la dirección axial.
12. Un motor (10) eléctrico rotativo de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de segmentos (32) del núcleo del estator está situada circunferencialmente respecto al eje de rotación y es coextensiva en la dirección axial.
13. El motor (10) eléctrico rotativo reivindicado en las reivindicaciones 5 a 7, en el que los imanes permanentes (22a, 22b) del rotor están separados entre si por un imán (26) situado entre la pareja de imanes permanentes (22a, 22b).
14. El motor (10) eléctrico rotativo como se ha reivindicado en la reivindicación 1, en el que los segmentos (32) del núcleo del estator están asegurados a una contraplaca (42).
15. El motor (10) eléctrico rotativo como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, alojado en una rueda de vehículo con el citado estator (30) montado rígidamente en un árbol estacionario (44).
16. El motor (10) eléctrico rotativo como se ha reivindicado en la reivindicación 15, en el que el estator (30) está rodeado por el rotor (20) para accionar la rueda.